Плавательное устройство размером в несколько миллиметров движется вперед с магнитным приводом, смоделированным на медузах.
Миниатюрные подводные лодки всегда вдохновляются морскими животными. Ученые из Института интеллектуальных систем имени Макса Планка представили резиновый поплавок размером в несколько миллиметров, который выглядит и перемещается как медуза.
Как и его природная модель, медуза-робот имеет форму звезды.
Он может двигаться вперед с помощью магнитного привода, а также улавливать мелкие частицы.
Такие крошечные плавательные устройства можно было бы использовать, например, в охране окружающей среды или медицине. Но они также могли бы помочь в изучении того, как природная модель может справиться с изменяющимися условиями окружающей среды.
Медуз боятся. И отдыхающие на пляже, и рыбаки, и морские экологи. Потому что во многих местах они выходят из-под контроля, едят целые морские районы и таким образом крадут у рыбы пищу.
Их распределение сильно зависит от выживания их потомства. Шансы личинок на выживание, в свою очередь, влияет их плавание и хищническое поведение.
Для того чтобы исследовать это в изменяющихся условиях окружающей среды, биологи могли бы в будущем использовать роботизированную модель медузы. Это связано с тем, что исследователи из Института интеллектуальных систем имени Макса Планка в Штутгарте построили плавучий корпус размером около пяти миллиметров на основе модели моллюсков.
"Мы учимся у ряда биологических систем и вдохновляемся ими для разработки крошечных роботов с биологическим стимулом", - говорит Метин Ситти, директор Института интеллектуальных систем имени Макса Планка в Штутгарте.
"Мы используем их для изучения и лучшего понимания биологических систем. Но что еще более важно, такие роботы однажды смогут помочь преодолеть критические научно-технические проблемы в области здравоохранения и охраны окружающей среды".
Медузу можно открывать и закрывать как экран.
Робот состоит из звездообразной силиконовой резины, заполненной магнитными частицами. Удлинители из немагнитного пластика удлиняют лучи резиновой звезды.
Применяя магнитное поле различной направленности и силы к аквариуму с медузами-роботами, исследователи открывают и закрывают резиновую звезду, как экран, и перемещают миллисекундный поплавок вперед.
Как и его естественные аналоги, медуза-робот со своим закрывающим телом может улавливать частицы, плавающие в воде.
Таким образом, он может выполнять часть движения быстрее, открываться и закрываться медленнее в целом или вступать в дополнительную фазу скольжения.
"Дополнительные функции также полезны для экспериментов по изучению поведения медуз в море. Намного проще регистрировать и измерять плавучесть нашего робота, чем у медузы", - говорит Зию Рен, который принимал участие в разработке Millischwimmers.
Мы можем задавать такие вопросы, как, например: что происходит с жидкостью вокруг медузы, когда она плавает по-другому.
Эксперименты с медузой-роботом могут имитировать то, что происходит, например, когда изменяются условия окружающей среды (в результате потепления или закисления океана, а также из-за загрязнителей). Такие изменения могут повлиять на плавание и хищническое поведение медуз, что, в свою очередь, отразится на соответствующих экосистемах.
Модель для изучения смешивания морей.
"Мы можем использовать маленького робота для расследования важных экологических проблем, - говорит Метин Ситти.
"Медуза играет важную роль в экосистеме океана."
Это также связано с тем, что морские животные перемешивают воду и генерируют течения. Изменения в поведении животных в плавании также могут повлиять на их способность смешивать морскую воду.
"Понимание взаимосвязи между движением робота и вытекающим из него потоком жидкости может помочь нам оценить возможное влияние изменения климата на перемешивание воды", - говорит Метин Ситти.
Помимо ответов на вопросы об окружающей среде медузы-роботы могут также иметь и другие практические применения. Например, Millischwimmers может не только захватывать и транспортировать предметы, но и смешивать различные жидкости или химикаты в растворитель или даже копаться на дне водоёма.
Роль в медицине.
Кроме того, миниатюрный плавательный робот может также использоваться в медицине.
Одним из возможных сценариев применения является использование ультразвуковой визуализации для управления роботом таким образом: чтобы он заплыл в мочевой пузырь и контактировал с такой мишенью, как раковые ткани. Там он может вводить препарат против рака в контролируемых дозах в течение более длительного периода времени.
Таким образом, можно было бы избежать или, по крайней мере, уменьшить стресс, вызванный традиционными методами лечения, и в то же время повысить эффективность медицинского вмешательства.